A KíváncsiKölykök egy sorozat minden korosztály számára. Ha olyan kérdésed van, amire szeretnéd, hogy egy szakértő válaszoljon, küldd el a [email protected] címre.
A nullgravitációs repülőgépekben vagy a hánytató üstökösben miért viselkednek úgy a dolgok, mintha nem lenne gravitáció, amikor éppen zuhannak? – Austin B., 11 éves, Scranton, Pennsylvania
Már sokszor repültem nullgravitációs repülőgépen. Minden egyes alkalommal még mindig élvezem a szabad lebegés érzését, azt, hogy egyetlen gyengéd lökéstől a falon át tudok repülni az utastéren, akárcsak az űrhajósok a Nemzetközi Űrállomáson, és az újdonságot, hogy a testedet bármilyen irányba el tudod forgatni. Az érzés olyan, mint néhány hullámvasúton vagy egy ugródeszkáról leugorva, de közel fél percig, és anélkül, hogy a levegő elszáguldana melletted – szórakoztató!”
A súlytalanság érzése anélkül, hogy űrrepülésben lennél, ellentmondásnak tűnhet. De lehetséges, és az emberek gyakran választják ezt kikapcsolódás vagy kutatás céljából egy olyan repülőgépen, amely a légkörben repül, nem pedig az űrben.
Az űrkutatással foglalkozó kutató vagyok, és érdekel, hogyan lehet a folyadékokat és gázokat az űrrepülésben szabályozni és felhasználni. Ilyen például a folyékony rakétahajtóanyag az űrhajókban vagy a víz a létfenntartó rendszerekben az emberi űrhajókban.
Példák a gravitáció működésére
A mozdulatlanul állva valóban megtapasztaljuk az általunk gravitációnak nevezett erőt, amikor érezzük, hogy a Föld a középpontja felé húz minket. A gravitáció lefelé húz, és a padló felfelé nyomja a lábunkat. Ha a gravitáció eltűnne, akkor ellökhetnéd magad a padlóról, és ellebegnél, és soha többé nem térnél vissza a padlóra, hacsak nem találnál egy plafont, ahonnan újra ellökhetnéd magad. Úgy tűnne, mintha úgy lebegnél, mint valaki egy “hányt-vetett” repülőgépen, vagy mint egy űrhajós a Nemzetközi Űrállomáson.
Megtanulhattad, hogy az űrállomás azért kering a Föld körül, mert a rá ható gravitációs erőt ellensúlyozza a körkörös repülési pálya által okozott oldalirányú erő. Ezt az erőt centrifugális erőnek nevezik, ugyanazt, amit akkor érzel, amikor kanyarodsz egy autóban, vonaton, vidámparkban vagy hasonlóban.
A repülőgépek közelebb repülnek a Föld felszínéhez, így a gravitáció egy kicsit erősebb a repülőgépre, mint a Nemzetközi Űrállomásra. De nyilvánvalóan a Föld által okozott gravitációs erő létezik az űrállomáson és a hányadék-kamrában is, mégis az űrhajósok az űrállomáson és a kutatók vagy turisták a hányadék-kamrában úgy néznek ki, mintha nem lenne gravitáció. Miért?
Elrepültem tudományos kísérletekkel és a Purdue Egyetem diákjaival a hányás-kombi járatokon, és valóban, az élmény olyan, mintha nem lenne gravitáció.
Mégis minden egyes alkalommal, amikor repülök, a gravitáció lehúzza a repülőgépet a földre a leszálláshoz a kifutópályára. Ezért tudjuk, hogy a gravitációnak jelen kell lennie, és mégis az emberek úgy néznek ki és úgy érzik, mintha a hánykolódó repülés egy része alatt nem lenne gravitáció.
Ezeken a kutatórepüléseken általában szakképzett kutatók vannak, akik felsőfokú diplomát szereztek, az én esetemben doktori címet
Hogyan történik a súlytalanság a repülőgépen
Egy mindennapi esemény segíthet megérteni, hogy látszólag a gravitáció egyszerre van jelen és nincs jelen. Amikor egy balra kanyarodó autóban ülsz, úgy érzed, hogy jobbra tolnak. Még az is lehet, hogy úgy érzed, hogy az autó belsejének jobb oldalához szorulsz, és az ajtó visszanyomódik rád. Az autó haladási irányának elfordulása azt is megváltoztatja, amit az autó sebességének nevezünk.
A sebesség magában foglalja az autó sebességét és a haladási irányt is. Az irányváltoztatás olyan érzés számodra, mintha oldalirányú gravitáció lenne. A sebesség megváltoztatása, például egy hirtelen megállás, olyan érzés számodra, mint az előre irányuló gravitáció. A liftek elindulása és megállása egy pillanatra olyan érzés, mintha több vagy kevesebb gravitáció lenne. Ezeket a sebességváltozásokat gyorsulásnak nevezzük. A gyorsulásnak ugyanúgy van nagysága és iránya, mint a sebességnek, és mindkettő a vektorok példája. Egy másik vektor az erő, és ennek egyik példája a gravitáció, amely lehúz minket a Föld felszínére.
Megtapasztaltad, hogy a gyorsulást ugyanúgy érzed, mint a gravitációt. Tegyük fel, hogy megtalálod a módját annak, hogy létrehozz egy “antigravitációs” gyorsulást: vagyis egy olyan gyorsulást, amely a megfelelő irányban és a megfelelő mértékben hat, hogy kioltsa a gravitációt. Lehetséges ez?
A válasz igen – ez történik a hányás-kombi repülésben és a pályán.
A hányás-kombi repülési pálya alakját parabolának nevezzük. A pilóták ezt úgy érik el, hogy kb. 45 fokos szögben felfelé repülnek, majd kiegyenlítődnek és kb. 45 fokos szögben merülnek, ami létrehozza a gravitáció kiiktatásához szükséges gyorsulást. A repülőgép maximális sebessége és az, hogy a parabola előtt és után milyen gyorsan tud felhúzódni, határozza meg, hogy ez a gyorsulás meddig tarthat, körülbelül 25 másodpercig.
A gravitáció lehúz minket, és ha a megfelelő módon gyorsulunk lefelé egy repülőgépen vagy űrhajóban, akkor úgy érezhetjük, mintha a gravitációs zéró gravitációban lennénk. A helyes fizikai kifejezés a súlytalanság, de a zéró gravitáció egy leíró kifejezés, amely szintén leírja az érzést, ezért még az űrkutatás világában és a NASA-nál is a “zéró gravitáció” a szakemberek által leggyakrabban használt kifejezés.
Hello, kíváncsi gyerekek! Van egy kérdésetek, amire szeretnétek egy szakértőtől választ kapni? Kérj meg egy felnőttet, hogy küldje el a kérdésedet a [email protected] címre. Kérjük, írd meg a neved, életkorod és a várost, ahol élsz.
És mivel a kíváncsiságnak nincs korhatára – felnőttek, ti is írjátok meg, hogy mire vagytok kíváncsiak. Nem fogunk tudni minden kérdésre válaszolni, de megteszünk minden tőlünk telhetőt.